Investigadores del King College de Londres han proporcionado la primera evidencia experimental que confirma la teoría de un matemático británico sobre la formación de los patrones biológicos que dan lugar a las rayas de tigre o las manchas de leopardo.
El estudio, financiado por el Medical Research Council y que se publicará en línea en Nature Genetics, demuestra no sólo un mecanismo que es probable que sea muy relevante en el desarrollo de los vertebrados, sino que también proporciona la confianza de que los productos químicos llamados morfógenos, que controlan estos patrones, puedan ser utilizados en medicina regenerativa para diferenciar células madre en el tejido.
Los resultados proporcionan evidencias para apoyar una teoría sugerida por primera vez en la década de 1950 por el famoso descifrador de códigos y matemático Alan Turing, cuyo centenario se celebra este año. Propuso la idea de que la repetición de patrones regulares en los sistemas biológicos es generada por un par de morfógenos que trabajan juntos como "activador" y "inhibidor".
Para probar la teoría, los investigadores estudiaron el desarrollo de las crestas regularmente espaciadas que se encuentran en el techo de la boca en ratones. Realizando experimentos en embriones de ratones, el equipo identificó el par de morfógenos que trabajan juntos para influir cómo se formará cada arista. Estos químicos controlaban entre sí la producción de expresión, y la inhibición de la activación y por lo tanto el control de la generación del patrón de cresta.
Los investigadores fueron capaces de identificar los morfógenos específicos implicados en este proceso-FGF (factor de crecimiento de fibroblastos) y Shh (Sonic Hedgehog - llamada así porque moscas de la fruta de laboratorio tienen extra de cerdas en sus cuerpos). Demostraron que cuando la actividad de estos morfógenos aumenta o disminuye, el patrón de las crestas en la boca se ve afectado de la manera predicha por las ecuaciones de Turing. Por primera vez los morfógenos reales involucrados en este proceso han sido identificados y el equipo fueron capaces de ver con exactitud los efectos predichos hace 60 años en la teoría especulativa de Turing.
El doctor Jeremy Green, del Departamento de Desarrollo Craneofacial en el Instituto Dental del King College dijo: "las estructuras regularmente espaciadas de los folículos de las vértebras y el pelo de las rayas de un tigre o el pez cebra, son un motivo fundamental de la biología. Hay varias teorías acerca de cómo se forman los patrones de la naturaleza, pero hasta ahora sólo había evidencia circunstancial para el mecanismo de Turing. Nuestro estudio proporciona la primera identificación experimental de un sistema activador-inhibidor en la generación de rayas - en este caso, en las crestas de la boca paladar.
"Aunque es importante en la sensación y la degustación de los alimentos, las crestas de la boca no son de gran importancia médica. Sin embargo, han demostrado ser sumamente útiles aquí, en la validación de una vieja teoría del modelo activador del inhibidor tal y como la propuso por primera vez Alan Turing en los años 50.
"Esto no sólo nos muestra cómo se forman los patrones de las rayas, sino que proporciona posibilidad de que estos morfógenos (productos químicos) se puedan utilizar en el futuro en medicina para regenerar la estructura y el patrón para diferenciar células madre en otros tejidos.
"Como este año se conmemora centenario de Turing, es un merecido homenaje a este gran matemático e informático que ahora se puedaq probar que su teoría estaba en lo cierto", dijo.
